KR20050102158A - 근접광 탐침의 제작 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 근접광 현미경이나 근접광 정보 저장 장치 등에 적용되는 근접광 탐침의 제작 방법에 관한 것으로, 캔티레버와 광 팁이 일체형으로 이루어지며 광 팁이 기판의 상부를 향하는 구조의 근접광 탐침을 제공한다. SOI(Silicon On Insulator) 기판의 최상부 실리콘층에 고농도의 붕소 이온을 주입하고, 팁 내부의 실리콘을 에칭하여 구멍을 형성하는 과정에서 붕소 이온이 주입된 실리콘층이 에칭 저지층으로 작용하도록 함으로써 캔티레버가 노출된 상태에서도 팁 내부의 실리콘을 용이하게 제거할 수 있으며, 캔티레버와 팁을 동시에 제작하기 때문에 공정이 간단하다.
Description
본 발명은 근접광 현미경이나 근접광 정보 저장 장치 등에 적용되는 근접광 탐침의 제작 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 캔티레버와 광 팁이 일체형으로 이루어지며 광 팁이 기판의 상부를 향하도록 구성된 근접광 탐침의 제작 방법에 관한 것이다.
원자력 현미경(Atomic Force Microscopy)이 발명된 이후 나노 미터의 분해능으로 시료의 광학적, 전기적, 자기적 특성 등을 측정할 수 있는 Scanning Probe Microscopy(SPM)의 응용에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 원자력 현미경은 캔티레버(cantilever)에 의해 지지되며 수십 나노 미터 크기의 뾰족한 팁(tip)을 갖는 탐침(probe)을 구비한다. 근접광 현미경의 경우 빛이 투과되도록 입사광 파장에 대해 투명한 물질로 이루어진 팁의 끝에서 근접광이 나오게 되며, 근접광과 시료 간의 상호 작용으로 시료의 광학적 특성을 조사한다.
캔티레버 형태의 근접광 탐침은 주로 실리콘 기판을 사용하여 제작하며, 탐침의 형태에 따라 크게 팁이 기판에 대해 수직으로 위를 향하는 구조와 아래를 향하는 구조로 구분된다.
팁이 아래를 향하는 구조를 가지는 근접광 탐침의 일 예를 도 1a 및 도 1b를 통해 설명하면 다음과 같다.
도 1a를 참조하면, 실리콘의 결정 방향에 따른 비등방성 에칭 특성을 이용하여 탐침이 형성될 부분의 실리콘 기판(1)에 역 피라미드 구조의 홈을 형성한 후 전체 상부면에 실리콘 산화막(2) 및 금속층(3)을 형성한다.
도 1b를 참조하면, 소정의 마스크를 사용하여 상기 탐침 부분의 상기 금속층(3)이 노출될 때까지 상기 실리콘 기판(1)의 배면을 식각하면 얇은 두께의 실리콘 기판(1)으로 이루어진 캔티레버와, 상기 캔티레버 종단부에 상기 실리콘 산화막(2)으로 이루어진 탐침이 형성된다. 이 때 상기 캔티레버 다른 종단부의 실리콘 기판(1)은 식각되지 않도록 하여 상기 캔티레버를 지지하는 지지대 역할을 하도록 한다. 이 후 상기 금속층(3)을 제거하여 상기 탐침의 중앙에 구멍(4)이 형성되도록 하고, 광의 투과를 방지하기 위해 상기 캔티레버 및 탐침의 배면에 금속(5)을 증착한다.
다른 예로서, 실리콘 산화막으로 광 팁을 구성하고, 실리콘 질화막과 실리콘 산화막으로 캔티레버를 구성하는 방법이 제안되었다 [S. S. Choi et al., "Fabrication of subwavelength-size aperture for a near-field optical probe using various microfabrication procedures", J. Vac. Sci. Technol. B. Vol. 21(1), p.p. 118-122, 2003 참조]. 이 방법은 광 팁 내부의 실리콘을 먼저 에칭하고 산화막을 증착한다. 이 때 실리콘의 결정 방향에 따른 산화막의 성장 속도 차이로 (111) 방향에 두꺼운 실리콘 산화막이 성장되는데, 이를 마스크로 이용하여 광 팁의 구멍을 비등방성 플라즈마 에칭 및 HF를 이용한 등방성 에칭으로 뚫는다.
그러나 상기와 같은 구조의 근접광 탐침들은 캔티레버를 이동하여 탐침을 시료에 근접시킬 때 캔티레버를 지지하는 기판과 시료가 충돌할 가능성이 있다.
한편, 팁이 위를 향하는 구조의 근접광 탐침은 두가지 방법으로 제작될 수 있다. 하나는 팁과 캔티레버를 서로 다른 기판에 각각 제작한 후 팁과 캔티레버를 결합하는 방법이다 [Yasuhiro Shimada et al., "Probe with tip having micro aperture for detecting or irradiating light, near-field optical microscope, recording/reproduction apparatus using the probe, and method of manufacturing the probe", U.S. Patent No. 6,201,226, 2001. 3. 13 참조]. 이 경우 팁과 캔티레버를 정렬하고 접합하는 과정이 추가로 필요므로 공정상의 어려움이 수반된다.
다른 하나는 실리콘 기판의 표면부를 에칭하여 팁의 외각 형상을 만든 후 실리콘 기판의 배면을 에칭하여 캔티레버를 제작하고 팁 내부의 실리콘을 제거하는 방법이다 [P. Grabiec et al., "SNOM/AFM microprobe integrated with piezoresistive cantilever beam for multifunctional surface analysis", Microelectronic Engineering, Vol. 61-62, p.p. 981-986, 2002. 7 참조]. 이 방법으로 근접광 탐침을 제작하면 탐침을 시료에 근접시킬 때 캔티레버를 지지하는 기판과 시료의 충돌이 발생되지 않는다. 그러나 팁 내부의 실리콘을 에칭하거나 팁의 구멍을 뚫는 데 어려움이 있다. 즉, 실리콘 공정을 위해서는 기판이 일정 두께를 유지해야 하는데, 캔티레버 형성을 위하여 기판의 배면을 상당 부분 제거한 후 포토 공정을 통해 팁의 뒷면을 패터닝해야 하기 때문에 공정의 진행에 어려움이 있다. 한편, Focused Ion Beam(FIB)을 이용하면 정밀하게 팁의 구멍을 뚫을 수 있으나, 이 경우 고가의 장비를 필요로 한다.
근접광 탐침을 광정보 저장 장치에 응용할 경우 탐침 끝에서 투과되는 근접광의 투과율을 높아야 광 기록이 가능하게 된다. 이와 관련하여 새부리 효과 (Bird's beak)를 이용하여 팁 끝이 포물선 형태를 이루도록 함으로써 투과율이 향상되도록 한 연구결과 등이 있다 [K. Song et al., "Fabrication of a high-throughput cantilever-style aperture tip by the use of the bird's beak effect", Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 42, Part 1, No. 7A, p.p. 4353-4356, 2003. 7 참조].
최근들어, 광섬유를 이용하여 탐침을 제작하는 방법이 연구되었다. 이 방법은 광섬유를 늘어뜨려 광섬유 종단의 폭이 수십 나노 미터가 되도록 만든다. 광섬유 종단과 시료 간의 상호 인력을 이용하여 간격을 가깝게 유지한 상태에서 광섬유 종단에서 방출되는 근접광과 시료 간의 상호 작용을 측정하여 시료의 미시적 광 특성을 연구한다. 그러나 광섬유로 탐침을 구성하면 탐침의 구조가 역학적으로 매우 약하고 다중 탐침을 제작하는 데 어려움이 있다.
본 발명의 목적은 근접광 현미경(Near-field Scanning Optical Microscopy; NSOM)에서 시료의 미세 광 특성을 분석할 수 있고, 광 정보 저장 장치에서 고밀도의 광을 기록할 수 있는 근접광 탐침을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 기존의 실리콘 공정으로 광 팁이 기판 상부를 향하는 구조의 근접광 탐침을 제작하여 시료와의 부딛힘이 방지되도록 하는 데 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 근접광 탐침 제작 방법은 하부 실리콘층, 절연층 및 상부 실리콘층이 적층된 구조의 기판 상에 실리콘 패턴과 상기 실리콘 패턴의 외부를 감싸는 절연막으로 이루어지는 팁을 형성하는 단계, 노출된 부분의 상기 상부 실리콘층에 이온을 주입하는 단계, 전체 상부면에 절연막을 형성한 후 상기 팁의 구멍이 형성될 부분의 상기 절연막은 제거되는 동시에 캔티레버 형태의 패턴이 잔류되도록 상기 절연막을 패터닝하는 단계, 노출된 부분의 상기 상부 실리콘층을 제거하여 상기 절연막과 상부 실리콘층으로 이루어지는 캔티레버를 형성하는 단계, 상기 팁 및 캔티레버와 대응하는 상기 기판 저면의 상기 하부 실리콘층 및 상기 절연층을 순차적으로 제거하는 단계, 상기 팁 내부의 상기 실리콘 패턴을 제거하여 상기 팁의 구멍을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 팁은 상기 하부 실리콘층, 절연층 및 상부 실리콘층이 적층된 구조의 기판 상에 마스크 패턴을 형성하는 단계, 노출된 부분의 상기 상부 실리콘층을 소정 두께 에칭하여 상기 마스크 패턴 하부에 원뿔 형태의 상기 실리콘 패턴이 형성되도록 하는 단계, 상기 실리콘 패턴의 표면에 상기 절연막을 형성하는 단계를 통해 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 실리콘 패턴을 형성하기 위한 에칭 공정시 상기 마스크 패턴의 하부에 언더 컷이 발생되도록 하여 상기 마스크 패턴과 상기 실리콘 패턴의 접합면의 폭이 마이크로미터(㎛) 이하가 되도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기 절연막은 상기 실리콘 패턴의 표면을 산화시켜 형성하되, 상기 실리콘 패턴의 외곽이 포물선 형태를 가지며, 상기 마스크 패턴과 상기 실리콘 패턴의 접합면의 폭이 100㎚ 이하가 되도록 성장시키는 것을 특징으로 한다.
상기 이온은 붕소 이온이며, 상기 붕소 이온을 1020ions/cm3 이상의 농도로 주입한 후 열처리하는 것을 특징으로 한다.
상기 팁 내부의 상기 실리콘 패턴을 제거할 때 상기 이온이 주입된 상부 실리콘층을 에칭 저지층으로 이용하는 것을 특징으로 한다.
상기 팁 및 캔티레버 표면에 광의 투과를 방지하기 위한 물질을 증착하는 단계를 더 포함하며, 상기 광의 투과를 방지하기 위한 물질은 금속인 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2a 내지 도 2n은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 근접광 탐침의 제작 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 2a를 참조하면, SOI(Silicon On Insulator) 구조의 기판(10) 양면에 LPCVD(low pressure chemical vapor deposition) 방법으로 실리콘 질화막(11 및 12)을 300㎚ 정도의 두께로 증착한다.
상기 SOI 기판(10)은 하부 실리콘층(10a), 실리콘 산화층(10b) 및 상부 실리콘층(10c)이 순차적으로 적층된 구조로 이루어진다.
도 2b를 참조하면, 팁 형성을 위한 마스크를 사용하여 상기 기판(10)의 윗면에 형성된 실리콘 질화막(11)을 패터닝한다. 이 때 팁이 형성될 부분을 제외한 나머지 부분의 실리콘 질화막(11)은 RIE(Reactive Ion Etcher)나 인산용액(H3PO4)을 이용하여 에칭한다.
상기 패터닝된 실리콘 질화막(11)을 마스크로 이용한 에칭 공정으로 노출된 부분의 상기 상부 실리콘층(10c)을 소정 두께 에칭한다. 이 때 실리콘 질화막(11) 마스크 하부에 언더 컷(Under cut)이 발생되도록 하여 실리콘 질화막(11)과 상부 실리콘층(10c)의 접합면의 폭이 마이크로미터(㎛) 이하가 되도록 조절한다. 바람직하게는, 상기 실리콘 질화막(11)과 상부 실리콘층(10c)의 접합면의 폭이 근접광 현미경에 사용되는 빛의 파장 정도가 되도록 하는데, 예를 들어, 650㎚ 파장의 광을 사용하는 경우 600 내지 700㎚가 되도록 한다.
상기 실리콘 질화막(11) 마스크 하부에 팁 형상를 만들기 위한 상기 상부 실리콘층(10c) 에칭 공정은 HF/HNO3/CH3COOH 혼합 용액, KOH용액, TMAH(Tetramethylammonium hydroxide) 용액을 이용한 습식 공정으로 진행하거나, 또는 DRIE(deep-RIE) 공정으로 진행한다.
도 2c를 참조하면, 950 내지 1000℃의 온도에서 상기 상부 실리콘층(10c)의 표면에 실리콘 산화막(13)을 소정 두께 성장시켜 팁 형상의 외곽이 포물선 형태를 가지도록 만든다. 이 때 상기 실리콘 산화막(13)의 성장 두께를 조절하여 팁의 구멍이 형성될 부분 즉, 상기 실리콘 질화막(11)과 접하는 상기 상부 실리콘층(10c)의 폭이 100㎚ 이하가 되도록 한다. 근접광 현미경의 분해능이나 광 정보 저장 밀도는 구멍의 크기에 의존하기 때문에 상기 실리콘 질화막(11)과 접하는 상기 상부 실리콘층(10c)의 폭을 10 내지 100㎚ 정도로 조절하는 것이 바람직하다.
도 2d를 참조하면, 상기 팁 형상 부분의 실리콘 산화막(13)을 일부 제외한 나머지 부분의 실리콘 산화막(13)을 HF 용액을 이용하여 제거한다.
도 2e를 참조하면, 노출된 부분의 상기 상부 실리콘층(10c)에 1020ions/cm3 이상의 고농도 붕소(B) 이온을 소정 깊이 주입한 후 열처리한다. 상기 열처리는 급속 열처리 장치를 이용하는 경우 1050℃에서 30초동안 실시하며, 일반 열처리 장치를 이용하는 경우 1000℃에서 30분동안 실시할 수 있다.
에칭액의 종류와 농도, 그리고 에칭액의 온도에 따라 다르지만, 대략 붕소 이온이 6×1019ions/cm3 의 농도로 주입되면 에칭율이 50% 정도 감소하고, 1020ions/cm3 이상의 농도로 주입되면 KOH 등의 실리콘 에칭액에서 실리콘의 에칭 속도가 크게 감소된다. 예를 들어, 3×1020ions/cm3 의 농도에서 에칭율이 50% 이하로 감소된다. 그러므로 팁 구멍의 높이가 캔티레버 두께의 5 내지 10배로 디자인되는 경우 1×1020ions/cm3 내지 3×1020ions/cm3 의 농도로 주입되면 에칭 저지층 역할을 충분히 할 수 있게 된다. 또한, 상기 이온으로 14N+ 이온을 사용할 수 있는데, 1021ions/cm3 이상의 농도로 14N+ 이온이 주입되면 EDP(Ethylenediamine, Water, Pyrocatechol) 용액에서 실리콘이 거의 에칭되지 않는다. 그러므로 팁의 구멍을 형성하기 위한 실리콘 에칭시 고농도 이온이 주입된 부분의 상부 실리콘층(10c)은 에칭 저지층 역할을 하게 되고, 따라서 에칭되지 않고 잔류된 상부 실리콘층(10c)이 캔티레버를 이루게 된다.
도 2f를 참조하면, 마스크로 이용된 상기 실리콘 질화막(11)을 인산 용액으로 제거한다.
도 2g를 참조하면, 전체 상부면에 로우 스트레스(low stress) 실리콘 질화막(14)을 증착한다. 상기 실리콘 질화막(14)은 팁의 구멍을 형성하기 위한 실리콘 에칭 과정에서 캔티레버가 될 상부 실리콘층(10c)의 표면을 보호하게 된다. 상기 실리콘 질화막(14)과 같은 보호막을 증착하지 않을 경우 팁의 구멍을 형성하기 위한 실리콘 에칭 과정에서 상부 실리콘층(10c)의 상부면과 하부면이 동시에 애칭액에 노출되기 때문에 캔티레버를 구성하게 될 상부 실리콘층(10c)의 두께가 얇아지게 된다.
이 때 상기 상부 실리콘층(10c)에 주입된 이온의 농도가 충분히 높아 실리콘과의 에칭비가 매우 큰 경우 상기 실리콘 질화막(14) 형성 공정을 생략할 수도 있다.
도 2h를 참조하면, 캔티레버 제작용 마스크를 이용한 사진 및 에칭 공정으로 상기 실리콘 질화막(14)을 캔티레버 형태로 패터닝한다. 이 때 인산용액을 이용하여 상기 실리콘 질화막(14)을 에칭하는데, 팁의 구멍을 용이하게 형성할 수 있도록 하기 위해 팁의 구멍이 형성될 부분의 상기 실리콘 산화막(13)이 일부 노출되도록 한다. 상기 실리콘 질화막(14)을 제거하는 과정에서 상기 기판(10) 하부면의 실리콘 질화막(12)도 함께 제거되도록 한다.
도 2i를 참조하면, 캔티레버 형태로 패터닝된 상기 실리콘 질화막(14)을 마스크로 이용한 에칭 공정으로 노출된 부분의 상기 상부 실리콘층(10c)을 에칭하여 상기 실리콘 질화막(14)과 상부 실리콘층(10c)으로 이루어진 캔티레버를 형성한다.
도 2j를 참조하면, 상기 기판(10)의 하부 실리콘층(10a) 저면에 PECVD 방법으로 실리콘 산화막(15)을 3㎛ 정도의 두께로 형성한다. 소정의 마스크를 이용한 사진 및 에칭 공정으로 상기 캔티레버 패턴과 정렬(Align)되도록 상기 실리콘 산화막(15)을 패터닝한다. 이 때 상기 실리콘 산화막(15)은 RIE 방법이나 HF 용액으로 에칭한다.
도 2k를 참조하면, 상기 패터닝된 실리콘 산화막(15)을 마스크로 이용한 에칭 공정으로 노출된 부분의 상기 하부 실리콘층(10a)을 제거하여 상기 팁과 캔티레버 하부의 상기 실리콘 산화층(10b)을 노출시킨다. 이 때 상기 캔티레버를 지지하게 될 부분의 하부 실리콘층(10a)은 상기 실리콘 산화막(15) 마스크에 의해 제거되지 않는다. 상기 에칭 공정은 DRIE 방법으로 진행하거나, KOH, TMAH, EDP 등과 같은 비등방성 에칭 용액을 사용하여 진행한다.
도 2l을 참조하면, 상기 실리콘 산화막(15) 마스크를 이용한 에칭 공정으로 노출된 부분의 상기 실리콘 산화층(10b)을 제거한다. 상기 실리콘 산화층(10b)이 제거됨으로써 상기 팁과 캔티레버의 하부가 노출된다. 상기 에칭 공정은 RIE 방법이나 HF 용액을 이용하여 실시한다.
도 2m을 참조하면, KOH 용액이나 EDP(Ethylene Diamine Pyrocathecol) 용액을 이용하여 상기 팁 내부의 상부 실리콘층(10c)을 에칭한다. 상기 에칭 용액에 대하여 노출된 부분의 상부 실리콘층(10c)이 에칭되는데, 켄티레버가 형성될 부분의 노출된 상부 실리콘층(10c)이 에칭되는 과정에서 에칭 저지층으로 작용하는 고농도 붕소 이온 주입층이 노출되면 에칭 속도가 감소하게 된다. 그러므로 캔티레버를 구성하는 상부 실리콘층(10c)이 노출된 상태에서도 팁 내부의 상부 실리콘층(10c)이 완전히 에칭되어 구멍(16)이 형성된다.
도 2n을 참조하면, 상기 팁 형상을 포함하는 상기 실리콘 질화막(14) 상에 광의 투과를 방지하기 위한 물질(17)을 100㎚ 이하의 두께로 증착한다. 상기 광의 투과를 방지하기 위한 물질(17)로는 알루미늄(Al), 금(Au) 등을 이용할 수 있다.
또한, 본 발명은 다른 실시예로서, 하부 실리콘층, 절연층 및 상부 실리콘층이 적층된 구조의 기판 상에 실리콘 패턴과 상기 실리콘 패턴의 외부를 감싸는 절연막으로 이루어지는 팁을 형성할 수 있다. 상기 기판 상에 팁을 형성한 후 노출된 부분의 상기 상부 실리콘층에 이온을 주입한다. 전체 상부면에 절연막을 형성한 후 상기 팁의 구멍이 형성될 부분의 상기 절연막은 제거되는 동시에 캔티레버 형태의 패턴이 잔류되도록 상기 절연막을 패터닝하고 노출된 부분의 상기 상부 실리콘층을 제거하여 상기 절연막과 상부 실리콘층으로 이루어지는 캔티레버를 형성한다. 상기 팁 및 캔티레버와 대응하는 상기 기판 저면의 상기 하부 실리콘층 및 상기 절연층을 순차적으로 제거한 후 상기 팁 내부의 상기 실리콘 패턴을 제거하여 상기 팁의 구멍을 형성한다. 그리고 상기 팁 및 캔티레버 표면에 광의 투과를 방지하기 위한 물질을 증착하여 근접광 탐침을 완성한다.
도 3은 상기와 같은 본 발명의 제작 과정을 통해 얻을 수 있는 근접광 탐침 어레이의 평면도이다.
일측부가 기판(10)에 의해 지지되는 다수의 캔티레버(20)가 서로 평행하게 배열되며, 각 캔티레버(20)의 다른 측 종단부에는 구멍(16)을 가지는 팁(30)이 각각 형성된다.
상기 기판(10)은 하부 실리콘층(10a), 실리콘 산화층(10b) 및 상부 실리콘층(10c)이 순차적으로 적층된 SOI 구조로 이루어진다. 그리고 상기 각 캔티레버(20)는 이온이 주입된 상부 실리콘층(10c) 및 실리콘 질화막(14)이 적층된 구조로 이루어지며, 상기 팁(30)은 경사진 측벽을 가지는 원뿔 형태의 실리콘 산화막(13)으로 이루어진다.
본 발명에 따르면 일반적인 실리콘 배치 공정을 이용하여 도 3과 같이 구성된 근접광 탐침 어레이를 웨이퍼 단위로 용이하게 제작할 수 있다. 근접광 탐침을 어레이 형태로 제작하면 시간당 데이터의 전송량을 증가시킬 수 있기 때문에 낮은 스캐닝 속도의 단점을 보안할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은 캔티레버와 광 팁이 일체형으로 이루어지고, 광 팁이 기판의 상부를 향하는 구조의 근접광 탐침을 제작함으로써 구조가 견고하고 탐침이 시료 표면에 근접할 때 기판과 시료의 충돌이 발생되지 않는다.
또한, 본 발명은 SOI 기판의 최상부 실리콘층에 고농도의 붕소 이온을 주입하고, 팁 내부의 실리콘을 에칭하여 구멍을 형성하는 과정에서 붕소 이온이 주입된 실리콘층이 에칭 저지층으로 작용하도록 함으로써 캔티레버가 노출된 상태에서도 팁 내부의 실리콘을 용이하게 제거할 수 있으며, 캔티레버와 팁을 동시에 제작하기 때문에 공정이 간단하다.
본 발명에 따르면 일반적인 실리콘 공정을 적용하여 웨이퍼 단위의 어레이 형태 탐침 제작이 가능해지기 때문에 데이터의 기록 및 재생 속도가 향상된 어레이형 근접광 탐침을 구현할 수 있게 된다.
본 발명의 근접광 탐침은 근접광 현미경 뿐만 아니라 근접광 정보 저장 장치에도 응용될 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 종래의 근접광 탐침 제작 방법을 설명하기 위한 단면도.
도 2a 내지 도 2n은 본 발명에 따른 근접광 탑침의 제작 방법을 설명하기 위한 단면도.
도 3은 본 발명에 따라 제작된 근접광 탐침 어레이의 평면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 실리콘 기판 2, 13, 15: 실리콘 산화막
3: 금속층 4, 16: 구멍
5, 17: 금속 10: 기판
10a: 하부 실리콘층 10b: 실리콘 산화층
10c: 상부 실리콘층 11, 12, 14: 실리콘 질화막
20: 캔티레버 30: 팁
Claims (15)
- 하부 실리콘층, 절연층 및 상부 실리콘층이 적층된 구조의 기판 상에 실리콘 패턴과 상기 실리콘 패턴의 외부를 감싸는 절연막으로 이루어지는 팁을 형성하는 단계,노출된 부분의 상기 상부 실리콘층에 이온을 주입하는 단계,상기 상부 실리콘층을 패터닝하여 캔티레버를 형성하는 단계,상기 팁 및 캔티레버와 대응하는 상기 기판 저면의 상기 하부 실리콘층 및 상기 절연층을 순차적으로 제거하는 단계,상기 팁 내부의 상기 실리콘 패턴을 제거하여 상기 팁의 구멍을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 근접광 탐침 제작 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 팁은 상기 하부 실리콘층, 절연층 및 상부 실리콘층이 적층된 구조의 기판 상에 마스크 패턴을 형성하는 단계,노출된 부분의 상기 상부 실리콘층을 소정 두께 에칭하여 상기 마스크 패턴 하부에 원뿔 형태의 상기 실리콘 패턴이 형성되도록 하는 단계,상기 실리콘 패턴의 표면에 상기 절연막을 형성하는 단계를 통해 형성되는 것을 특징으로 하는 근접광 탐침 제작 방법.
- 제 2 항에 있어서, 상기 마스크 패턴은 실리콘 질화막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 근접광 탐침 제작 방법.
- 제 2 항에 있어서, 상기 실리콘 패턴을 형성하기 위한 에칭 공정시 상기 마스크 패턴의 하부에 언더 컷이 발생되도록 하여 상기 마스크 패턴과 상기 실리콘 패턴의 접합면의 폭이 600 내지 700㎚가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 근접광 탐침 제작 방법.
- 제 4 항에 있어서, 상기 에칭 공정은 HF/HNO3/CH3COOH 혼합 용액, KOH용액 또는 TMAH 용액을 이용한 습식 공정 또는 DRIE 공정으로 진행하는 것을 특징으로 하는 근접광 탐침 제작 방법.
- 제 2 항에 있어서, 상기 절연막은 상기 실리콘 패턴의 표면을 산화시켜 형성하되, 상기 실리콘 패턴의 외곽이 포물선 형태를 가지며, 상기 마스크 패턴과 상기 실리콘 패턴의 접합면의 폭이 10 내지 100㎚가 되도록 성장시키는 것을 특징으로 하는 근접광 탐침 제작 방법.
- 제 6 항에 있어서, 상기 산화 공정은 950 내지 1000℃의 온도에서 진행하는 것을 특징으로 하는 근접광 탐침 제작 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 이온은 붕소 또는 14N+ 이온이며, 상기 이온 주입 후 열처리하는 것을 특징으로 하는 근접광 탐침 제작 방법.
- 제 8 항에 있어서, 상기 붕소 이온은 6×1019ions/cm3 내지 3×1020ions/cm 3 의 농도로 주입하는 것을 특징으로 하는 근접광 탐침 제작 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 캔티레버는 전체 상부면에 절연막을 형성한 후 상기 팁의 구멍이 형성될 부분의 상기 절연막은 제거되는 동시에 캔티레버 형태의 패턴이 잔류되도록 상기 절연막을 패터닝하는 단계,노출된 부분의 상기 상부 실리콘층을 제거하여 상기 절연막과 상부 실리콘층으로 이루어지는 캔티레버를 형성하는 단계를 통해 형성되는 것을 특징으로 하는 근접광 탐침 제작 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 팁 내부의 상기 실리콘 패턴은 KOH, TMAH 또는 EDP 용액으로 제거하는 것을 특징으로 하는 근접광 탐침 제작 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 팁 내부의 상기 실리콘 패턴을 제거할 때 상기 이온이 주입된 상부 실리콘층을 에칭 저지층으로 이용하는 것을 특징으로 하는 근접광 탐침 제작 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 팁 및 캔티레버 표면에 광의 투과를 방지하기 위한 물질을 증착하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 근접광 탐침 제작 방법.
- 제 13 항에 있어서, 상기 광의 투과를 방지하기 위한 물질은 금속인 것을 특징으로 하는 근접광 탐침 제작 방법.
- 하부 실리콘층, 절연층 및 상부 실리콘층이 적층된 구조의 기판 상에 제 1 마스크 패턴을 형성하는 단계,노출된 부분의 상기 상부 실리콘층을 소정 두께 에칭하여 상기 제 1 마스크 패턴 하부에 팁 형상이 만들어지도록 하는 단계,상기 팁 형상의 상기 상부 실리콘층 표면에 실리콘 산화막을 성장시키는 단계,캔티레버가 형성될 부분의 상기 상부 실리콘층에 이온을 주입하는 단계,상기 제 1 마스크 패턴을 제거한 후 전체 상부면에 실리콘 질화막을 형성하는 단계,상기 팁의 구멍이 형성될 부분의 상기 실리콘 질화막은 제거되는 동시에 캔티레버 형태의 패턴이 잔류되도록 상기 실리콘 질화막을 패터닝하는 단계,노출된 부분의 상기 상부 실리콘층을 제거하여 상기 실리콘 질화막과 상부 실리콘층으로 이루어진 캔티레버를 형성하는 단계,상기 기판의 하부 실리콘층 저면에 제 2 마스크 패턴을 형성한 후 노출된 부분의 상기 하부 실리콘층 및 상기 절연층을 순차적으로 제거하는 단계,상기 팁 내부의 상기 상부 실리콘층을 제거하여 상기 팁의 구멍을 형성하는 단계,상기 팁 및 캔티레버 표면에 광의 투과를 방지하기 위한 물질을 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 근접광 탐침 제작 방법.
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